Induksi Elektromagnetik
Induksi elektromagnetik adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik di dalam suatu kumparan/konduktor bila terdapat perubahan fluks magnetik pada konduktor tersebut atau bila konduktor bergerak relatif melintasi medan magnetik.
Gaya Gerak Listrik Induksi / GGL Induksi
Gaya gerak listrik induksi adalah timbulnya gaya gerak listrik di dalam kumparan yang mencakup sejumlah fluks garis gaya medan magnetik, bilamana banyaknya fluks garis gaya itu divariasi. Dengan kata lain, akan timbul gaya gerak listrik di dalam kumparan apabila kumparan itu berada di dalam medan magnetik yang kuat medannya berubah-ubah terhadap waktu.
Rumus Induksi Elektromagnetik
Fluks Magnet
Fluks magnet adalah perubahan pada medan magnet. Fluks magnet dihasilkan dari perkalian antara medan magnet (B) dengan luas bidang (A) yang saling tegak lurus. Fluks magnet dapat dinyatakan dengan
Rumus diatas adalah fluks magnet dimana medan magnetnya tegak lurus dengan luas bidangnya. Jika tidak tegak lurus, tapi membentuk sudut, maka besar fluks magnetnya dikalikan cosinus sudutnya
Hukum Faraday
Hukum Faraday menyatakan bahwa jika jumlah fluks magnet yang memasuki suatu kumparan berubah, maka pada ujung-ujung kumparan akan timbul GGL (gaya gerak listrik) induksi. Besarnya GGL induksi ini bergantung pada laju perubahan fluks magnet dan banyaknya lilitan kumparan. GGL induksi tersebut dapat dihitung secara matematis dengan rumus:
yang dimana:
merupakan GGL induksi (volt);
N merupakan jumlah lilitan kumparan;
merupakan laju perubahan fluks magnet.
Tanda delta ( mengungkapkan perubahan. Jadi, () adalah perubahan fluks magnet terhadap perubahan waktunya, sehingga disebut sebagai laju perubahan fluks.
Hukum Lenz
Hukum Lenz menyatakan bahwa arus induksi akan muncul pada arah yang sedemikian rupa sehingga arah induksi menentang perubahan yang dihasilkan. Jadi, arah arus induksi yang terjadi dalam suatu penghantar menimbulkan medan magnet yang saling bertolak-belakang dengan penyebab perubahan medan magnet tersebut.
Tanda minus pada persamaan Faraday diatas menunjukkan bahwa GGL (\epsilon) yang terbentuk memiliki arah yang bertolak belakang dengan fluks magnet ().
Hukum Henry
Hukum Henry menyatakan bahwa apabila arus liktrik yang mengalir pada suatu penghantar berubah terhadap waktu, maka pada penghatar tersebut akan terjadi GGL induksi diri yang dirumuskan dengan
di mana:
merupakan GGL induksi diri (volt)
L merupakan induktansi diri
dI/dt merupakan besar perubaha arus per satuan waktu (Ampere/sekon)
Induksi diri (L) merupakan besarnya GGL yang terjadi pada suatu kumparan dimana terjadi perubahan arus 1 Ampere setiap 1 detik yang dirumuskan dengan:
dimana:
N merupakan jumlah lilitan kumparan
merupakan fluks magnet (Weber)
I merupakan kuat arus (Ampere)
Fluks Magnetik
Fluks magnetik (sering disimbolkan Φm), adalah ukuran atau jumlah medan magnet B yang melewati luas penampang tertentu, misalnya kumparan kawat (hal ini sering pula disebut “kerapatan medan magnet”). Satuan fluks magnetik dalam Satuan Internasional adalah weber (Wb) (Weber merupakan satuan turunan dari volt-detik). Sedang satuan menggunakan sistem CGS adalah maxwell.
Dalam fisika, gaya gerak magnet adalah besaran yang muncul pada persamaan fluks magnetik dalam rangkaian magnetik, dikenal juga dengan nama Hukum Hopkinson. Besaran ini merupakan karakteristik benda tertentu yang dapat memunculkan medan magnetik:
dengan Φ adalah fluks magnetik dan R adalah reluktansi rangkaian. Dapat dilihat bahwa gaya gerak magnet serup dengan tegangan V dalam Hukum Ohm: V = IR.
Di mana :
- adalah arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar dalam satuan Ampere.
- adalah tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar dalam satuan volt.
- adalah nilai hambatan listrik (resistansi) yang terdapat pada suatu penghantar dalam satuan ohm.
Gaya gerak listrik, emf (= perbedaan potensial listrik/tegangan antara kutub-kutub sumber listrik) adalah pemicu fluks magnetik dalam rangkaian magnetik:
- ℱ = NI
- dengan N adalah jumlah lilitan kawat dan
- I adalah arus listrik melewati rangkaian
- dengan N adalah jumlah lilitan kawat dan
- ℱ = ΦR
- dengan Φ adalah fluks magnetik dan
- R adalah reluktansi
- dengan Φ adalah fluks magnetik dan
- ℱ = HL
- dengan H adalah gaya magnet (kekuatan magnetizing field) dan
- L adalah panjang rata-rata solenoid pada toroida
- dengan H adalah gaya magnet (kekuatan magnetizing field) dan
Penjelasan Fluks Magnetik
Fluks magnetik yang melalui bidang tertentu sebanding dengan jumlah medan magnet yang melalui bidang tersebut. Jumlah ini termasuk pengurangan atas medan magnet yang berlawanan arah. Jika medan magnet seragam melalui bidang dengan tegak lurus, nilai fluks magnetik didapat dari perkalian antara medan magnet dan luas bidang yang dilaluinya. Fluks magnetik yang datang dengan sudut tertentu diperoleh menggunakan perkalian titik antara medan magnet dan vektor luas a.
- (B medan magnet seragam melalui bidang datar)
diamana θ adalah sudut datang B menurut vektor a (vektor a adalah vektor normal, yaitu tegak lurus dengan bidang).
Umumnya, fluks magnetik yang melalui bidang S dinyatakan sebagai integral dari medan magnet atas luas bidang.
di mana adalah fluks magnetik, B adalah medan magnet, S adalah luas bidang, tanda “.” menunjukkan operasi perkalian titik, dan dS adalah vektor infinitesimal (kecil tak berhingga), yang magnitudonya adalah elemen luas diferensial dari S, yang arahnya adalah tegak lurus bidang.
Fluks magnetik biasanya diukur dengan fluksmeter. Alat ini berisi kumparan dan rangkaian yang mampu menghitung fluks magnetik berdasarkan pada perubahan tegangan yang disebabkan oleh perubahan medan magnet yang melalui kumparan di dalam alat ini.
Fluks magnetik yang melalui bidang tertutup
Hukum Gauss untuk magnetisme, yang merupakan satu dari empat Persamaan Maxwell, menyatakan bahwa jumlah fluks magnetik yang melalui bidang tertutup sama dengan nol. (“bidang tertutup” adalah bidang yang melingkupi suatu ruang tanpa celah.)
Dengan kata lain, hukum Gauss untuk magnetisme menyatakan:
untuk setiap bidang tertutup S.
Fluks magnetik yang melalui bidang terbuka
Jika fluks magnetik yang melalui bidang terututp selalu berjumlah nol, fluks magnetik yang melalui bidang terbuka tidak selalu nol dan nilai ini sangat penting dalam teori elektromagnetisme. Contohnya, perubahan fluks magnetik yang melalui kumparan kawat akan menimbulkan Gaya gerak listrik (GGL), yang kemudian menyebabkan adanya arus listrik, dalam kumparan. Perhitungannya diberikan melalui Hukum Faraday:
di mana:
- adalah GGL,
- Φm adalah fluks yang melewati bidang terbuka yang dibatasi oleh kurva ∂Σ(t),
- ∂Σ(t) adalah kurva tertutup yang berubah sejalan dengan waktu; GGL timbul disekitar kurva ini, dan merupakan batas bidang di mana Φm berada,
- dℓ adalah elemen vektor infinitesimal dari kurva ∂Σ(t),
- v adalah kecepatan dalam dℓ,
- E adalah medan listrik,
- B adalah medan magnet.
GGL yang timbul dalam persamaan di atas ditentukan dengan dua cara: pertama, sebagai jumlah usaha yang dilakukan tiap satuan muatan untuk melawan Gaya Lorentz supaya muatan dapat (cenderung) bergerak sepanjang kurva ∂Σ(t), dan kedua, sebagai fluks magnetik yang melalui bidang terbuka Σ(t).
Persamaan ini merupakan prinsip dasar pembuatan generator listrik.
Perbandingan dengan fluks listrik
Bertolak belakang dari fluks magnetik, Hukum Gauss tentang medan listrik, juga merupakan salah satu dari empat Persamaan Maxwell, adalah:
di mana
- E adalah Medan listrik,
- S adalah sembarang bidang tertutup,
- Q adalah jumlah muatan listrik di dalam bidang S,
- adalah konstanta listrik (konstanta umum, sering disebut pula “permitivitas” ruang).
Perlu diperhatikan bahwa jumlah fluks listrik yang melalui bidang tertutup tidak selalu nol; hal ini menandakan adanya monopole kelistrikan, yaitu muatan listrik dapat bernilai negatif saja atau positif saja.
Soal dan Jawaban Induksi dan Fluks Magnetik
1. Fluks magnetik yang dinyatakan terhadap fungsi waktu Φ=t²−6t−9Weber. GGL induksi sebesar 4 Volt terjadi pada waktu…
Pembahasan:
Φ=t²−6t−9 Turunkan terhadap t,
Φ=t²−6t−9
GGL Induksi = dΦ/dt
4= 2t-6
10=2t
t=5
Jadi GGL induksi 4 Volt saat t = 5s.
2. Sebuah kumparan menembus medan magnet homogen secara tegak lurus sehingga terjadi GGL induksi. Jika kumparan diganti dengan kumparan lain yang mempunyai lilitan 2 kali jumlah lilitan kumparan semula dan laju perubahan fluksnya tetap, maka perbandingan GGL induksi mula-mula dan akhir adalah…
Pembahasan dan jawaban
Diketahui:
Jumlah lilitan (N) awal = 1
Jumlah lilitan (N) akhir = 2
Laju perubahan fluks awal (ΔØB / Δt) = laju perubahan fluks akhir (ΔØB / Δt)
Ditanya: Perbandingan GGL induksi mula-mula dan akhir
Jawaban:
Rumus hukum induksi Faraday:
E = -N (ΔØB / Δt)
Keterangan : E = ggl induksi, N = jumlah lilitan, ΔØB / Δt = laju perubahan fluks
Perbandingan GGL induksi awal dan akhir :
E awal : E akhir
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt)
1 : 2
3. Fluks magnetik yang berubah terhadap waktu memiliki persamaan sebagai berikut
Ф = (t -2)³ dengan Ф dalam weber dan t dalam detik. Besarnya GGL induksi pada saat t = 4 detik adalah…
Pembahasan:
Φ=(t−2)³ Turunkan terhadap t,
Φ=(t−2)³
GGL Induksi=dΦ/dt
GGL=3(t−2)²
saat t=4
GGL=3(4−2)²=12Volt
4. Pada keadaan awal (1) fluks magnetik berubah sebesar 5 Wb selama 2 detik pada sebuah kumparan yang mempunyai 20 lilitan. Pada keadaan (2) untuk perubahan fluks yang sama dibutuhkan waktu 8 detik. Perbandingan GGL induksi keadaan (1) dan (2) adalah…
Pembahasan dan jawaban
Diketahui:
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) awal = 5/2
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) akhir = 5/8
Jumlah lilitan (N) = 20
Ditanya : Perbandingan GGL induksi awal dan akhir
Jawab :
E awal : E akhir
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt)
20 (5/2) : 20 (5/8)
5/2: 5/8
1/1 : 1/4
4 : 1
5. Fluks magnetik kumparan pertama mempunyai 200 lilitan berubah sebesar 0,06 Wb dalam waktu 0,4 s. Pada kumparan kedua, fluks magnetiknya berubah sebesar 0,08 Wb dalam waktu 0,2 s. Bila jumlah lilitan kumparan kedua diganti separuh jumlah lilitan kumparan pertama maka perbandingan GGL induksi kumparan pertama dan kedua adalah…
Pembahasan dan jawaban
Diketahui:
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) awal = 0,06/0,4
Jumlah lilitan (N) awal = 200
Laju perubahan fluks (ΔØB / Δt) akhir = 0,08/0,2
Jumlah lilitan (N) akhir = 100
Ditanya: Perbandingan GGL induksi awal dan akhir
Jawaban:
E awal : E akhir
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB / Δt)
200 (0,06/0,4) : 100 (0,08/0,2)
2 (0,15) : 1 (0,4)
0,3 : 0,4
3 : 4
6. Fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 sekon. Kumparan terdiri atas 200 lilitan dengan hambatan 4 Ω. Berapakah kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan?
Penyelesaian:
Diketahui:
Φ1 = 0,5 Wb
Φ2 = 0,1 Wb
N = 200 lilitan
R = 4Ω
Δt = 5 sekon
Ditanya: I … ?
Pembahasan :
Ggl induksi dihitung dengan persamaan:
Tanda (-) menyatakan reaksi atas perubahan fluks, yaitu fluks induksi berlawanan arah dengan fluks magnetik utama. Arus yang mengalir melalui kumparan adalah:
I = ε/R = 16/4 = 4 A
7. Sebuah kawat yang panjangnya 2 m bergerak tegak lurus pada medan magnetik dengan kecepatan 12 m/s, pada ujung-ujung kawat timbul beda potensial 1,8 V. Tentukan besarnya induksi magnetik!
Penyelesaian:
Diketahui: l = 2 m; v = 12 m/s; ε = 1,8 volt
Ditanya: B = … ?
Pembahasan:
Karena V ⊥ B, maka besar induksi magnetiknya adalah:
ε = B.l.v
1,8 = B × 2 × 12
1,8 = 24 B
B = 1,8/24 = 0,075 T
8. Sebuah Kumparan dengan Jumlah Lilitan 100 didalam Waktu 0.01 detik, dapat menimbulkan perubahan Fluks Magnet sebesar 10-4 Wb. Berapakah Gaya Gerak Listrik Induksi yang timbul di ujung-ujung kumparan tersebut?
Diketahui:
N = 100 Lilitan
dΦ / dt = 10-4 Wb per 0.01 sekon = 10-2 Wb/s.
Jawaban:
ε = -N (dΦ / dt)
ε = – 100 (10-2)
ε = -1 Volt
(Tanda Negatif hanya menunjukkan Arah Arus Induksinya).
Jadi total Gaya Gerak Listrik Induksi Elektromagnet yg diperoleh dari Ujung – Ujung Kumparan tersebut sebesar 1 Volt.
9. Sebuah kumparan flat berbentuk persegi memiliki jumlah lilitan sebanyak 5. Kumparan tersebut memiliki sisi sepanjang 0,5 m dan memiliki medan magnet sebesar 0,5 T. Kumparan tegak lurus dengan medan magnet. Medan magnet mengalami kenaikan dari 0,5 T menjadi 1 T dalam 10 sekon. Dengan menggunakan hukum faraday, hitunglah berapa GGL induksi yang timbul.
Pembahasan:
Fluks magnet adalah perubahan pada medan magnet dan dinyatakan dengan:
Medan magnet awal kita simbolkan dengan B1
Medan magnet akhir kita simbolkan dengan B2
Kita dapat mencari nilai GGL induksinya dengan menggunakan Hukum Faraday:
Bacaan Lainnya Yang Dapat Membuat Anda lebih Pintar
- Rumus Medan Magnet Dan Contoh-Contoh Soal Beserta Jawabannya
- Elektrokimia – Sel Galvani / Sel Volta dan Sel Elektrolisis – Beserta Contoh Soal & Jawaban
- Satuan Dasar SI – Satuan Internasional- Satuan Dasar dan Turunan
- Rumus Induktansi, Induktor dan Energi Medan Magnet – Soal dan Jawaban
- Induksi dan Fluks Magnetik Bersama Contoh Soal dan Jawaban
- Rumus Rangkaian Listrik Dan Contoh-Contoh Soal Beserta Jawabannya
- Bagaimana Cara Membuat Magnet Lebih Kuat?
- Pangkat Matematika – Tabel dari 1-100 – Pangkat 2, 3, Akar Pangkat 2 dan 3, Beserta Contoh Soal dan Jawaban
- Berapa Kecerdasan IQ Anda? Tes IQ Anda Disini
- Bidang-Bidang Matematika: Besaran, Ruang, Perubahan, Struktur, Dasar dan Filsafat, Diskret, Terapan
- 10 Cara Belajar Pintar, Efektif, Cepat Dan Mudah Di Ingat – Untuk Ulangan & Ujian Pasti Sukses!
Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai
Respons “Ohh begitu ya…” akan sering terdengar jika Anda memasang applikasi kita!
Siapa bilang mau pintar harus bayar? Aplikasi Ilmu pengetahuan dan informasi yang membuat Anda menjadi lebih smart!
Sumber bacaan: Electronics Tutorials
Pinter Pandai “Bersama-Sama Berbagi Ilmu”
Quiz | Matematika | IPA | Geografi & Sejarah | Info Unik | Lainnya | Business & Marketing